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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:尹勇

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2004-3

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787810775403

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
• PCI总线
• PCIe总线
• 设备驱动
• 硬件开发
• 嵌入式系统
• 底层开发
• Windows驱动
• Linux驱动
• 总线协议
• 开发指南

现代嵌入式系统架构与固件设计实战指南 本书聚焦于当前主流嵌入式系统平台的设计理念、开发流程与高级应用实践，旨在为初入该领域的工程师提供一套系统且深入的技术路线图，同时为资深开发者提供解决复杂系统级问题的参考框架。 第一部分：嵌入式系统基础与平台选型 本部分将构建读者对现代嵌入式系统生态的全面认知，从硬件底层到软件栈的各个关键层次进行剖析。 第一章：嵌入式系统概述与技术演进 深入探讨嵌入式系统的定义、核心组件及其在物联网（IoT）、工业控制、消费电子等领域的应用图景。分析冯·诺依曼与哈佛架构在嵌入式设计中的取舍，并详细介绍基于Cortex-M/R/A系列处理器的生态现状与趋势。重点解析实时操作系统（RTOS）与裸机编程的适用场景对比，以及片上系统（SoC）设计中的关键考量因素。 第二章：微控制器（MCU）与微处理器（MPU）深度解析 详细对比分析主流微控制器家族（如STM32、NXP i.MX RT系列）的内部结构、存储器层次（SRAM、Flash、eMMC/UFS）和中断管理机制。对于微处理器部分，着重讲解MMU（内存管理单元）的原理、Cache的一致性维护策略，以及多核异构系统中的资源仲裁机制。本章将通过具体型号的寄存器级配置示例，展示启动代码（Bootloader）的初始化过程。 第三章：硬件描述语言（HDL）与FPGA基础 鉴于现代嵌入式系统对定制化硬件加速的需求日益增长，本章引入数字逻辑设计的基础知识。介绍Verilog HDL的核心语法结构、时序逻辑与组合逻辑的设计规范。侧重讲解如何利用FPGA对特定算法（如信号处理、图像识别）进行原型验证和硬件加速模块的封装，并探讨与主控芯片（如MPU）进行高速数据交换的接口设计。 第四章：电源管理与信号完整性 电源设计是嵌入式系统可靠性的基石。本章深入探讨DC-DC转换器、LDO稳压器的选择标准、纹波抑制技术以及电池供电系统的功耗优化策略（如深度睡眠模式的管理）。同时，讲解高速信号传输中的基本概念，包括阻抗匹配、串扰分析以及PCB布局对电磁兼容性（EMC）的影响。 第二部分：底层驱动开发与操作系统移植 本部分聚焦于将裸机硬件转化为可编程平台的核心技术，重点在于驱动程序的编写、内存保护的实现以及操作系统的适配。 第五章：高效的裸机驱动开发实践 讲解如何从寄存器层面操作外设（如GPIO、定时器、UART、SPI/I2C）。重点在于开发原子性操作和中断服务程序（ISR）的最佳实践，确保驱动代码在多任务环境下的线程安全。通过实例演示如何编写一套可复用的、跨平台的硬件抽象层（HAL）。 第六章：Bootloader原理与安全启动 系统启动流程是理解整个软件执行环境的关键。本章详细阐述Bootloader（如U-Boot）的加载过程、内存映射配置、DRAM初始化和环境变量管理。引入安全启动的概念，讲解数字签名、可信执行环境（TEE）的初步概念，以及如何实现固件的空中升级（OTA）机制。 第七章：实时操作系统（RTOS）内核剖析与移植 选取主流RTOS（如FreeRTOS或Zephyr）作为案例，深入剖析其内核结构，包括任务调度算法（固定优先级、轮转法、抢占式与协作式）、同步机制（信号量、互斥锁、消息队列）的内部实现。指导读者如何为新的硬件平台移植RTOS内核，并进行性能基准测试。 第八章：Linux内核裁剪与设备树（Device Tree） 针对基于MPU的复杂系统，本部分详细讲解嵌入式Linux的编译、内核裁剪与配置。重点阐述设备树（DT）在描述硬件资源（内存、中断、外设）中的核心作用，并指导读者如何编写和调试自定义的设备树文件（DTS/DTSI），以适应定制化的板级设计。 第三部分：高级系统集成与调试技术 本部分将读者带入到系统集成和性能优化的前沿，探讨复杂外设的集成、网络通信协议栈的实现以及专业的调试手段。 第九章：高速接口与数据传输 专题讲解高速串行通信接口，包括USB（OTG/Host模式）、以太网MAC的驱动编写，以及PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）接口的基本拓扑结构和数据包格式。着重分析DMA（直接内存访问）控制器的工作原理及其在提升系统吞吐量中的关键作用。 第十章：图形显示与人机交互 介绍嵌入式图形栈的架构，包括底层显示控制器（Display Controller）的初始化、帧缓冲区的管理。探讨主流的图形库（如LVGL、Qt for Embedded）在资源受限环境下的优化策略，以及触摸屏（如电容式/电阻式）的输入驱动开发。 第十一章：系统级调试与故障分析 掌握高效的调试工具和方法是确保产品质量的关键。本章详细介绍使用JTAG/SWD调试探针进行硬件级断点设置、寄存器查看和内存实时跟踪。讲解逻辑分析仪、示波器在定位时序问题和信号异常方面的应用，并探讨嵌入式软件的崩溃转储（Crash Dump）分析流程。 第十二章：固件安全与可靠性设计 从系统层面提升固件的健壮性与安全性。讨论数据加密（AES/SHA）、安全存储区的利用、防止固件被非法修改的技术。同时，深入探讨系统看门狗（WDT）的配置、错误日志记录机制，以及如何设计容错机制以应对罕见的硬件异常情况。 附录：跨平台抽象层设计原则 提供一套通用的软件架构设计模板，指导工程师如何构建易于维护、可复用性高的软件模块，实现硬件平台间的快速迁移能力。内容包括接口定义、错误码规范和版本控制策略在嵌入式项目中的应用。

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